一個醫學院老教授奧涯雅彥私自接觸禁忌知識，用銀之鍵強行從不可描述的異世界召喚來了一隻怪物，取名叫“沙耶”。沙耶在以驚人的速度學習著人類世界的文化知識的同時逐漸覺醒了“愛”，並因為缺少愛感到寂寞，甚至為此失去了它作為異世界生物的本能——不斷繁殖直到佔據世界。
後來，老教授為了測試沙耶對於正常生物的“轉化能力”，蒐集大量老鼠進行實驗。結果導致變異老鼠逃出橫行校園。醫學院封鎖了消息，老教授也不得不離開帶著沙耶醫學院。後來老教授為了保住沙耶的秘密，在自家山間別墅的秘密地下室內自殺。
一名發現老教授飼養怪物的心理醫生涼子多次尋找他的下落，未果。
一年後，男主人公鬱紀在交通事故中痛失雙親，自己也受到嚴重腦損傷。雖然手術後鬱紀保住了性命，但感官上也陷入不正常。眼前的一切全部變成了蠕動的血肉世界，周圍的人在他眼中也成了呻吟的怪物。正當他精神崩潰準備自殺的時候在醫院遇到了沙耶，在他眼中的美少女沙耶是血肉世界裡唯一的正常人（當然沙耶在正常人眼中就是不可名狀的怪物了）。沙耶也驚訝於鬱紀看見了它的外貌後沒有精神崩潰，因此得知了鬱紀感官逆轉的事。兩人逐漸相互吸引，很快沙耶住進了鬱紀家，兩人開始生活在一起。
出院後的鬱紀極力掩飾自己感官逆轉的事實，面對心理醫生涼子的健康檢查詢問敷衍了事，每天唯一掛唸的就是回家陪伴沙耶和它為愛鼓掌，對周圍的一切任何事都不再感興趣乃至無比厭惡，對待原先的好友越發冷淡，甚至粗暴地讓自己的女朋友瑤滾開。
他的好友——耕司和青海目睹了一切，青海決定上門去找鬱紀問個明白，最後卻被沙耶殺害吃掉。正當沙耶啃食屍體時，鬱紀正好回家，在他逆轉的感官中看到沙耶正在吃美味的水果，於是就很開心地和沙耶一起分享，還把把“水果”放進冰箱留著慢慢吃。
青海失蹤，耕司懷疑這跟鬱紀有關。於是他偷偷跟蹤鬱紀（受沙耶委託找她的“父親”）去到了老教授的家中調查，最後卻被發現。出來後，鬱紀發現了耕司對他的懷疑，而又驚又疑的耕司決定去詢問鬱紀的心理醫生涼子，但最終因為涼子的遮遮掩掩，未果。
沙耶偷偷潛入了隔壁鄰居鈴見家，為了實驗，強行改造了男主人洋祐的大腦，逆轉了他的感官。醒來的洋祐發狂，把妻子和孩子當成怪物殺害，並且發現了在他眼中的美少女沙耶，隨後對它進行了侵犯。半道上被回家的鬱紀撞見，隨即被其怒殺。
緊抱著鬱紀的沙耶坦白了自己的身份，並告訴鬱紀她通過實驗已經掌握了治癒他的腦損傷的方
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